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        通風(fēng)立眼在胡底煤業(yè)的設(shè)計與應(yīng)用研究

        2022-09-16 03:43:58王澤源王亞峰
        煤炭與化工 2022年8期
        關(guān)鍵詞:排矸煤巷煤業(yè)

        趙 帥,王澤源,王亞峰

        (1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 胡底煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048000;2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,河南 焦作 454003)

        0 引 言

        在煤礦生產(chǎn)過程中,礦井通風(fēng)是排除井下有毒有害氣體以及井下粉塵的重要手段。在整個生產(chǎn)過程中,通風(fēng)系統(tǒng)是貫通整個生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)。在高瓦斯、高突出礦井中,進(jìn)回風(fēng)巷道、瓦斯抽放數(shù)量多、空間分布復(fù)雜交錯,采用安全、可靠的通風(fēng)系統(tǒng),對于保障煤礦安全生產(chǎn)尤為重要[1-4]。在實際工程中處理好通風(fēng)問題是必要的,尤其是回采工作面、掘進(jìn)工作面、井底車場等關(guān)鍵地點(diǎn)。隨著通風(fēng)立眼施工技術(shù)的不斷成熟與進(jìn)步[5-10],靈活運(yùn)用通風(fēng)立眼,能夠直接有效的解決礦井采掘銜接、生產(chǎn)組織、通風(fēng)系統(tǒng)等方面面臨的實際問題。本文針對胡底煤業(yè)存在的巷道層位交叉影響通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行問題,開展了通風(fēng)立眼的工程設(shè)計以及應(yīng)用研究,有效減少了巷道工程量,優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng),保障了煤礦安全生產(chǎn)。

        1 工程概況

        1.1 工程施工中存在問題

        胡底煤業(yè)屬于高瓦斯高突出礦井,進(jìn)回風(fēng)巷道、瓦斯抽放數(shù)量多、空間分布復(fù)雜交錯,開拓大巷、采面煤巷順槽、采面高抽巷、采面底抽巷等巷道不在同一層位,存在立交現(xiàn)象,致使通風(fēng)距離較長,通風(fēng)管理較困難,主要存在3個方面的問題。

        (1)胡底煤業(yè)1301(上)回采工作面,在回采過程中,回風(fēng)側(cè)的1301軌道回風(fēng)順槽(煤巷)和瓦斯抽采一巷(高抽巷)需要通過回風(fēng)橫川來實現(xiàn)采面回風(fēng)。高抽巷布置于煤層上方7~9 m的位置,若直接施工回風(fēng)橫川,橫川施工坡度達(dá)到了35°以上,施工過程中存在較大難度,且安全風(fēng)險較大。

        (2)胡底煤業(yè)為高瓦斯高突出礦井,需布置專用底抽巖巷對順槽煤巷掘進(jìn)提前穿層掩護(hù),且大巷采用三煤兩巖布置,巖巷工程量大,在輔進(jìn)巷形成了礦井的排矸系統(tǒng),但運(yùn)矸量大,再加上礦井的下料、回收,易致使礦井輔運(yùn)系統(tǒng)癱瘓。

        (3)胡底煤業(yè)1303膠帶順槽已掘進(jìn)長度800 m,拐彎后1303切眼已掘進(jìn)長度220 m,供風(fēng)距離1 230 m。由于礦井采掘銜接制約,1303回風(fēng)順槽在6個月后才能貫通形成全風(fēng)壓,在此期間1303膠帶順槽是停掘不停風(fēng)的巷道,造成浪費(fèi);運(yùn)輸過程中經(jīng)常出現(xiàn)刮破風(fēng)筒的現(xiàn)象,且在局部區(qū)域運(yùn)輸空間不足;1303膠帶部分區(qū)域失修嚴(yán)重,但布置兩趟風(fēng)筒,風(fēng)筒側(cè)的頂幫維護(hù)不具備施工空間,耽誤巷道維護(hù)等問題。

        1.2 “通風(fēng)立眼”設(shè)計方案的提出

        針對胡底煤業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)中存在的問題,提出了“通風(fēng)立眼”解決方案。

        (1)在高抽巷抽放鉆場與煤巷橫川施工通風(fēng)立眼,通過反井鉆正向旋轉(zhuǎn)鉆出導(dǎo)孔、反向旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔的方式,再放炮擴(kuò)刷夠通風(fēng)斷面,采用“煤巷直巷橫川+通風(fēng)立眼”的方式構(gòu)成了回風(fēng)系統(tǒng),突破了過去的斜巷橫川溝通的通風(fēng)方法,靈活施工通風(fēng)立眼,來有效克服了這一難題。

        (2)利用巷道層位的立交關(guān)系,施工井底矸倉和通風(fēng)立眼,有效解決了礦井排矸系統(tǒng)的困難,和排矸巷道獨(dú)頭通風(fēng)的問題。

        (3)利用煤巷與底抽間的立交關(guān)系,解決了巷道全風(fēng)壓系統(tǒng)的問題和為礦井的采掘、巷修、運(yùn)輸、安裝等都提高了寶貴的前提條件。

        2 不同條件下“通風(fēng)立眼”的設(shè)計與應(yīng)用

        2.1 “煤巷橫川+通風(fēng)立眼”的設(shè)計與應(yīng)用

        1301(上)回采工作面回風(fēng)順槽與區(qū)域抽采一巷作為1301工作面回采的回風(fēng)巷道,兩巷中—中間距為20 m,層位相距約7~9 m,需在兩巷溝通回風(fēng)橫川供采面回采回風(fēng)需要。鑒于斜巷橫川施工的難度和安全系數(shù)較小的情況,研究確定了“煤巷橫川+通風(fēng)立眼”的溝通方式[11-13](圖1),既解決了采面回采的回風(fēng)系統(tǒng),又降低了施工難度,提高了施工安全系數(shù),為采面的順利回采提供了安全技術(shù)保證。

        圖1 “煤巷橫川+通風(fēng)立眼”剖面示意Fig.1 Cross-section of“coal roadway Hengchuan+ventilation vertical eye”

        煤巷橫川是機(jī)組掘進(jìn),采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式;通風(fēng)立眼是正向旋轉(zhuǎn)鉆出導(dǎo)孔、反向旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔后,在從上往下,四周爆破進(jìn)行擴(kuò)刷,擴(kuò)刷到4×3 m的通風(fēng)斷面,滿足通風(fēng)系統(tǒng)要求。

        2.2 “井底矸倉+通風(fēng)立眼”的設(shè)計與應(yīng)用

        為滿足礦井排矸需要,且根據(jù)礦井的排矸系統(tǒng)的校核比較,確定為輔進(jìn)巷開口施工排矸斜巷與井底車場交叉立交區(qū)域施工一個井底儲矸倉,施工井底矸倉,供礦井排矸;為緩存井底不連續(xù)礦車排矸需要,則在矸倉立眼后方施工1個通風(fēng)立眼(圖2),保證專用排矸斜巷通風(fēng)需要。井底矸倉直徑6.3 m,深15 m,通風(fēng)立眼為直徑1.4 m,深16.5 m,矸倉有效容積為320 m3,通風(fēng)立眼斷面為1.54 m2。按照每天掘進(jìn)16 m2斷面的巖巷,按照副立井最大提升能力為350車計算,可以儲存礦井約15 m巖巷工程的排矸量,很大程度上緩解礦井副立井排矸能力[14],為礦井底抽巷、大巷巖巷掘進(jìn)提供了掘進(jìn)基礎(chǔ)和空間。

        圖2 井底矸倉立眼設(shè)計剖面示意Fig.2 Indication of vertical design section of bottom hole gangue bin

        2.3 “1303切眼/1303底抽二巷+通風(fēng)立眼”的設(shè)計與應(yīng)用

        (1)在1301工作面回采過程中,1303膠帶順槽巷道變形嚴(yán)重,需要對頂板、幫部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),但巷道內(nèi)風(fēng)筒占據(jù)很大空間,尤其是風(fēng)筒側(cè)頂板變化嚴(yán)重,無法實現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)和處理。

        (2)1303切眼為停掘不停風(fēng)巷道,為獨(dú)頭遠(yuǎn)距離通風(fēng),采用2趟直徑800 mm風(fēng)筒,風(fēng)機(jī)無效率運(yùn)行。

        (3)1303膠帶順槽為主要運(yùn)輸線路,回采工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等都要從該路線運(yùn)輸?shù)?303工作面進(jìn)行安裝,但1303膠帶的2趟風(fēng)筒布置,占用巷道內(nèi)很大空間,甚至占用運(yùn)輸線路空間,造成很大的安全隱患。

        綜合以上因素,1303膠帶順槽形成全風(fēng)壓就成為了改善突破點(diǎn)[15-20]。研究確定利用與1303底抽二巷交錯點(diǎn)的層位關(guān)系,使用反井鉆機(jī)施工通風(fēng)立眼,形成全風(fēng)壓系統(tǒng),如圖3所示。

        圖3 通風(fēng)立眼施工設(shè)計示意Fig.3 Construction design of ventilation shaft

        3 通風(fēng)立眼的應(yīng)用效果

        3.1 推廣應(yīng)用情況

        胡底煤業(yè)采面布置為“兩進(jìn)一回,底抽巷自成一進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)”,“底抽穿層保掘,高位順層保采”瓦斯抽采模式,順槽沿煤層頂板掘進(jìn),底抽巷為煤層下方,沿K6灰?guī)r為頂板進(jìn)行掘進(jìn),在煤巷順槽與底抽巷的立交區(qū)域或其他巷道之間的立交點(diǎn)根據(jù)生產(chǎn)情況施工立眼。

        通過上述典型的立眼施工,對礦井靈活運(yùn)用交叉點(diǎn)區(qū)域的施工提供了新的思路和創(chuàng)新點(diǎn)。

        (1)主要大巷與大巷跨巷聯(lián)絡(luò)巷的交叉點(diǎn)區(qū)域。

        (2)主要大巷與采面順槽開口的交叉點(diǎn)區(qū)域。(3)采面順槽與采面底抽巷交叉點(diǎn)區(qū)域。

        3.2 經(jīng)濟(jì)效益

        針對不同的立眼施工方式及具體的使用功能,靈活運(yùn)用各巷道間的層位立交關(guān)系,施工立眼,可對生產(chǎn)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、采面“U”型通風(fēng)系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)等優(yōu)化起到創(chuàng)新的改進(jìn)作用和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

        3.3 社會效益

        (1)該方案安全可靠,系統(tǒng)合理,滿足礦井使用要求,并對礦井的采掘銜接、系統(tǒng)優(yōu)化起到了重大的推動作用。

        (2)該方案在實施過程中安全高效,節(jié)省了材料、人工和二次投入的費(fèi)用,降低了能耗損失和無效率低效率的現(xiàn)象。

        (3)自施工開始后,至應(yīng)用多半年之久,立眼無較大變形,滿足礦井使用要求。

        4 結(jié) 論

        本文針對胡底煤業(yè)開拓大巷、采面煤巷順槽、采面高抽巷、采面底抽巷等巷道存在立交現(xiàn)象、通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜的難題,開展了“通風(fēng)立眼”的設(shè)計與應(yīng)用研究,得出以下結(jié)論。

        (1)“煤巷橫川+通風(fēng)立眼”的設(shè)計施工,很大程度上解決了采面順槽和高抽巷橫川的施工工藝。

        (2)“井底矸倉立眼”的設(shè)計施工,解決了礦井排矸系統(tǒng)的形成和排矸巷道通風(fēng)的需要,為礦井的采掘銜接起到了重大作用。

        (3)“1303切眼/1303底抽二巷通風(fēng)立眼”的形成,解決了1303膠帶順槽通風(fēng)系統(tǒng)、巷道維護(hù)、礦壓治理、風(fēng)筒維護(hù)和運(yùn)輸安全和1303底抽二巷改善作業(yè)環(huán)境等等一系列問題,為礦井的安全生產(chǎn)帶來不可預(yù)估的安全生產(chǎn)效益。

        (4)礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不能只局限于平面的貫通通風(fēng),還應(yīng)結(jié)合立體式的貫通通風(fēng),解決通風(fēng)、巷道維護(hù)和巷道礦壓治理等等一系列問題,確保煤礦安全高效生產(chǎn)。

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